碳纖維復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能和輕量化特性，在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，碳纖維與基體材料之間的界面結(jié)合強度直接影響復(fù)合材料的整體性能，本文綜述了碳纖維復(fù)合材料界面改性的主要研究進(jìn)展，重點探討了物理改性和化學(xué)改性兩種方法，物理改性包括等離子體處理、紫外輻照和超聲波處理等，通過改變纖維表面形貌和活性來提高界面結(jié)合力；化學(xué)改性則通過氧化處理、接枝改性和涂層技術(shù)等手段，在纖維表面引入極性官能團(tuán)或活性基團(tuán)，增強纖維與基體的化學(xué)鍵合，還介紹了納米材料（如碳納米管、石墨烯）在界面改性中的應(yīng)用，以及多尺度協(xié)同改性策略的最新研究成果，研究表明，合理的界面改性能顯著提升復(fù)合材料的層間剪切強度和抗疲勞性能，但不同改性方法的工藝成本、環(huán)境友好性和規(guī)模化生產(chǎn)可行性仍需進(jìn)一步優(yōu)化，未來研究將聚焦于綠色高效改性技術(shù)的開發(fā)及界面性能的精準(zhǔn)調(diào)控。

碳纖維復(fù)合材料界面改性研究

界面改性的必要性

碳纖維復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能和輕量化特性，在現(xiàn)代工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。然而，碳纖維表面光滑、惰性大，導(dǎo)致其與基體樹脂之間的界面粘結(jié)性較弱，這成為限制碳纖維復(fù)合材料性能提升的關(guān)鍵因素。界面性能直接影響著復(fù)合材料的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能和耐熱性能等綜合性能。

界面改性方法

表面改性方法

表面改性方法主要包括化學(xué)方法和物理方法。化學(xué)方法通過表面處理劑的化學(xué)反應(yīng)改變碳纖維表面的化學(xué)性質(zhì)，提高其與基體材料的界面附著力。物理方法則利用等離子體處理、濺射和離子束輻照等手段改變碳纖維表面的形貌和結(jié)構(gòu)，改善界面層的結(jié)合情況。

界面涂層方法

界面涂層方法包括有機(jī)涂層和無機(jī)涂層。有機(jī)涂層通過在碳纖維表面涂覆有機(jī)涂層，提高界面的附著力和界面層的厚度。無機(jī)涂層則通過溶膠-凝膠法、化學(xué)氣相沉積等方法在碳纖維表面涂覆無機(jī)涂層，增強界面的化學(xué)結(jié)合力和耐熱性能。

界面增強方法

界面增強方法涉及引入界面增強劑和界面粘合劑。通過向基體材料中引入納米顆粒、碳納米管等界面增強劑，可以提高碳纖維與基體材料的界面附著力和界面層的厚度。引入界面粘合劑則是在碳纖維與基體材料之間增加粘合劑，增加界面結(jié)合力。

研究進(jìn)展

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的研究團(tuán)隊在碳纖維表面改性方面取得了進(jìn)展。他們將氧化石墨烯引入環(huán)氧基上漿乳液中，采用浸漬法對碳纖維進(jìn)行表面改性，有效調(diào)控了碳纖維復(fù)合材料的界面微觀結(jié)構(gòu)，顯著改善了碳纖維復(fù)合材料的界面性能。研究結(jié)果顯示，改性后的碳纖維復(fù)合材料的界面剪切強度（IFSS）相比未上漿和未改性的碳纖維復(fù)合材料分別提高了70.9%和36.3%，且單向改性碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強度（ILSS）和拉伸性能也有明顯提高。

展望

未來的研究將進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有的界面調(diào)控方法，并開發(fā)新型界面調(diào)控方法，以實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料界面性能的最大化。此外，界面調(diào)控方法對碳纖維的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的影響需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化。

結(jié)論

碳纖維復(fù)合材料界面改性研究是提高其綜合性能的關(guān)鍵。通過表面改性、界面涂層和界面增強等多種方法，可以有效改善碳纖維復(fù)合材料的界面性能，從而提升其在航空航天、軍事工業(yè)、體育運動器材等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

碳纖維復(fù)合材料界面改性最新研究

碳纖維表面處理技術(shù)對比分析

碳纖維界面改性對力學(xué)性能影響

碳纖維復(fù)合材料界面剪切強度提升方法